XS-ZY-60塑料注射机结构设计毕业设计说明书(共41页).doc

精选优质文档-倾情为你奉上1 绪 论 1.1 塑料工业及注塑机的发展 随着塑料工业的迅速发展，塑料由于具有轻巧、便于加工成型及抗腐蚀能力强、优异的电气特性及化学稳定性、优良的吸震和消声隔离作用、能很好地与金属、玻璃、木材及其他材料相胶结等特点，从而成为继钢材、木材、水泥之后的四大支柱材料之一，塑料制品已经广泛应用于农业、建材、包装、机械电子、汽车、交通、家电、石油化工和国防等各个领域。1998年我国塑料制品的年产量约为1500万吨，仅次于美国，居世界第二位。根据中国塑料机械工业协会和机械工业塑料机械科技信息网连续十三年对塑机行业主要经济指标统计来看，我国塑料机械行业1987年总产值为2.1亿元，1998年为38亿元。十年多时间翻了近20倍，塑机工业的年增长率在7%以上，远远高于其他机械行业。塑料工业在我国有着非常广阔的发展前途。1995年我国塑料制品产品为999.4万吨，目前为1500万吨，人均消费量为10千克，远远低于世界人均22千克的水平，而目前一些发达国家和地区的塑料消费水平达50至100千克的水平，这说明我国塑料机械潜在市场很大。随着我国国民经济的持续发展、人民生活水平的不断提高和塑料应用领域的不断开拓，我国塑料工业有着非常广阔的发展前途。2000年我国塑料制品产量可达1600万吨，是1995年的1.61倍，年平均增长率约为10%。从塑料制品的市场分析来看，从2001年到2010年我国塑料制品产量以平均每年7%的速度增长。塑料材料的来源非常丰富，预计到2010年，以重量计算的塑料产量将超过钢的产量。注塑机工业是一门新兴的行业，注塑机是对热塑性（或热固性）塑料进行加工熔融后，以高压、高速注射入模腔，进而固化成型，生产出塑料制品的机械设备。每年注塑机的产量占全部塑料加工机械的50%左右，全世界2530%塑料制品出自于注射成型，成为塑料成型机械制造业中增长最快、产量最多的机种之一。从50年代技术创新推出了螺杆式塑料注射成型机至今已有50多年的历史。目前在工程塑料业中，80采用了注射成型。近年来由于汽车、建筑、家用电器、食品、医药等产业对注射制品日益增长的需要，推动了注射成型技术水平的发展和提高。我国塑料机械2000年销售额在70亿元人民币左右，以台数计约为8.5万台，其中40左右是注射成型机。从美国、日本、德国、意大利、加拿大等主要生产国来看，注塑机的产量都在逐年增加，在塑料机械中占的比重最大。 80年代以来，CAD/CAE/CAPP/CAM计算机应用技术在注塑机制造业的广泛采用，促进了我国注塑机研发和制造水平的高速发展。以宁波海天公司为代表的一批国家级高新技术企业都相继引进美国UG.S和PTC公司的计算机辅助设计和分析等软件，实现了三维立体参数化建模，机构运动仿真，对主关原件分析，对高应力区的应力分布、应力峰值、危险区域等进行准确的分析计算，帮助设计人员迅速地了解、评估和修改设计方案，保证重要零件结构合理性的可靠性达到完美结合。为了保证高质量的设计输出到高质量的产品输出，旧的加工方式已经很难适应技术、质量竞争的要求。国内公司进行了两项国际先进水平的重大技术装备研制，其一是注塑机的防护门、配电箱等扳金件表面喷塑流水线形成批量生产能力，其二是注塑机螺杆和机筒双金属喷涂工艺投入批量生产，使关键零部件已经形成了三个完整的系列，它们是以曲肘式锁模的HTW和HTFX系列，直压式锁模的HTK系列，伺服电机控制的HTD系列。基本参数由锁模力580kN到36000kN，注射重量由70g至51460g，处于国内的领先地位。目前注塑机发展的另一个重要方面，是各种专用注塑机，如排气式注塑机、发泡注塑机、多色注塑机等等。以加拿大HUSKY公司为代表的瓶胚机、包装机，集中体现了高新技 术含量的特征。该公司推出的低压注塑成型技术，在锁模力只有传统技术三分之一时，仍可高质量的保证制品成型，使机器的体积和重量都大幅度降低，在节能和制品成本控制方面都具有重大意义。我们国内领先公司也积极研制了HTC系统的热固性材料的注塑机，HTP包装专用注塑机并出口到北美市场，HTE瓶胚专用注塑机，HTS双色成型注塑机，我们将会把这些研发进一步推向深入。电动式注射成型机以其显著的节能特点将成为注塑机重要的发展方向。日本研制出世界上最快的注塑机：在2002年上海国际塑料机械展览会上，日本NISSEI公司展出一台ES200全电动注塑机，其速度快得使人难以置信，一个产品生产周期只须0.63s，合模时间0.1s，开模0.13s，注射0.05s，加料时间0.25s，整个周期全自动连续进行。这预示着注塑机将向电动、高速方向发展。1.2 课题的提出注塑机自本世纪30年代问世以来，主机结构及传动原理变化不大，但其控制却在不断更新和发展，国外以由手动操作的第一代产品发展成为基于微机闭环控制的第五代产品，自动化程度不断提高，国内直到50年代末才开始生产注塑机，由于采用了引进消化、吸收和逐步提高、国产化的方针，再加上钢材价格上涨，石化工业能够提供原料（包括工程塑料），便形成了“以塑代钢”、“以注塑代压延成型”的趋势。国内注塑机的发展速度异常快，但控制水平较低，档次不高，绝大多数仍基于继电器和可编程控制器，自动化程度较低，产品竞争能力不强。近年来，随着注塑机在行业中的比重不断加大，其出口量已超过造纸机，成为我国轻工业系统最大宗的出口设备。但能源危机的出现，劳动力缺乏，加之对制品的要求越来越高，注塑机的节能高效、自动化程度高的性能已为用户所追求；同时，对于大中规模注塑工厂，甚至量少、品种多的小规模注塑车间，在保证制品质量的前提下，如何利用成熟的自动化设备，提高产品精度，降低废品、次品率，节约原材料和能源，来降低成本，增强市场竞争已引起人们的高度重视，采用先进的控制技术和管理手段已成为必然的趋势。我国目前普通的技术含量低的塑料机械产品处于饱和过剩状态，而高精度、高效率、高技术含量的塑料机械还需大量的投入和开发，目前这部分产品基本依赖进口。本课题就是在这样的背景下提出的，通过对前人技术的吸收、继承和发展，并实地考察了我国注塑机的技术情况，旨在开发一套既符合我国国情又具有一定市场竞争力的精密注塑机微机闭环多级控制系统。2 注塑机概论2.1 注塑成型机的分类与应用近十多年注塑成型机发展很快，类型不断增加，所以机器的分类也比较多。有的按塑化方式分为柱塞式和螺杆式；也有按机器的传动方式分为液压式、机器式；还有按操作方式分为自动、半自动、手动等。2.1.1 按外形特征分类这种分类方法，主要是根据注射和合模装置的排列方式进行分类。（1）立式注塑成型机立式机的注射装置与合模装置的轴线成一线排列。立式机的优点一般有：占地面积小，模具拆装方便，成型制品的嵌件易于安放。缺点有：制品顶出后需要用手或其它方法将制品取出；不易实现全自动化操作；因机身较高，机器的稳定性能较差，加料及机器维修不便。（2）卧式注塑成型机卧式机的注塑装置与合模装置的轴线成一线水平排列。同立式机相比，卧式机具有以下优点：机身低，利于操作和维修；机器因中心较低，故稳定；成型制品可利用其自重而自动落下，容易实现全自动化操作。所以卧式注射成型机应用广泛，是目前国内外注射成型机的最基本形式。（3）角式注射成型机角式注射成型机的注射装置和合模装置的轴线互相垂直排列。其优缺点介于立、卧两种注射成型机之间，特别适合于成型中心不允许有浇口痕迹的制品。（4）多模注射成型机多模注射成型机是一种多任务操作的特殊注射成型机。根据注射量和机器的用途，多模注射成型机也可将注射与合模装置进行多种多样的排列。2.1.2 按机器加工能力分类经常用来表示注射机加工能力的参数，有机器的注射量和合模力。而多数是用合模力或用注射量与合模力同时表示，分类情况如下表：表2-1 注塑机的类型类 别合模力（吨力）注射量（）超小型<2040<30小型4030060500中型300600502000大型8002000>2000超大型>20002.1.3 按机器用途分类注塑成型机的运用范围很广,为满足各种注射工艺的要求,现将机器设计成热塑性塑料通用型(也称普通型)、热固性、发泡型、排气型、高速型、多色、精密、鞋用、螺纹制品等类型。其中以热塑通用型系列、热固系列、低发泡系列、排气系列和高速系列最为普遍。2.1.4 注射成型机的规格表示法用来表示机器规格的主参数，有注射量和合模力。我国注射成型机规格使用机器注射容量表示，即用机器的标准螺杆（常用普通型螺杆的80%理论注射容量为机器注射容量）。这种表示方法，并不能从注射容量的数值大小直接判断出两台机器的规格大小。因此，目前用得比较普遍的主要有合模力与注射容量表示法（即国际规格表示法）。合模力与注射量表示法，即用机器合模力为分母，机器注射容量做分子的表示法。对于注射容量，为了对不同机器都有一个比较基准，特规定注射压力为1000公斤力/立方厘米的理论注射容量。例如国产XS-ZY125注射成型机，用国际规格表示为XS-ZY190/1901。2.2 注塑机的基本组成及工作过程2.2.1 注塑机的基本组成一台通用型注塑机主要包括以下部件：合模装置、注射装置、液压传动系统和电器控制系统。注射装置：其主要作用是使塑料均匀地塑化成熔融状态，并以足够的压力和速度将一定量的熔料注射入模腔内，因此，注射装置应具有塑化良好、计量准确的性能。合模装置：主要作用是保证模具地闭合和实现启模动作，是成型制品的工作部分。注射时要求合模装置给模具以足够的合模力，防止制品发生飞边现象。液压传动和电器控制系统：注射成型是由塑料塑化、模具闭合、塑料注射入模腔、压力保持、制品固化成型、开模取出制品等工序组成的连续过程。液压和电器系统则是为了保证注塑机按工艺过程预定的要求（压力、速度、温度、时间）和动作顺序，准确无误地进行工作而设置的传动和控制系统。2.2.2 注塑机工作过程（1）闭模与合紧 注塑机的成型周期一般从模具闭合开始。模具首先低压快速进行闭合，当动模板与定模板快要接近时，合模的动力系统自动切换成低压、低速，在确认模具内无异物时，再切换成高压将模具合紧。（2）注射装置前移和注射 在确认模具达到所要求的合紧程度后，注射装置前移，使喷嘴与模具贴合，便可以向注射油缸通入压力油，则与油缸活塞杆相接的螺杆以高压、高速将头部的熔料注入模腔，此时螺杆头部作用于熔料上的压力为注射压力。注射压力和速度，以及熔料与模具的温度，决定了塑料能否充满模腔。（3）压力保持 注入模腔的熔料，由于低温模具的冷却作用会产生收缩，压力保持就是对熔料保持一定的压力进行补缩，使制品致密，此时螺杆作用于熔料上的压力称为保压压力。保压时，螺杆因补缩而有少量前移。制品冷却和预塑当保压进行到模腔注入的熔料失去从浇口回流的可能性时，保压压力即可卸去，使制品冷却定型，此时螺杆在液压马达的驱动下转动，来自料斗的粒状塑料借助旋转螺杆的输送作用，不断沿螺槽向前运动。塑料在运动的过程中，由于外部加热及螺杆剪切作用发生剧烈的内摩擦，温度均匀升高，最终逐步软化成为熔融粘流状态，并不断地被输送到料筒前端。由于螺杆头部熔料压力的作用，使螺杆后退，当退至计量值时，螺杆即停止转动，准备下一次注射。（4）注射装置后退和开模顶出制品 制品冷却后，合模装置升模并自行顶落制品，整个工作循环周期如下图2-1所示。 图2-1 注塑机的循环周期2.2.3 本机介绍本次设计的课题是60克微机控制注射成型机，为普通型注射成型机。合模装置采用五点直线排列的肘杆结构，其调模装置为齿轮轮调模。往复螺杆式注射装置，采用双导轨支承、注射座移动油缸为单缸、注射油缸为单缸；一线式液压马达预塑装置。液压部件中系统压力流量用比例阀控制。电器部分采用继电器、PLC和单片机三种控制方案实现，能实现手动、半自动和全自动控制。顶出、合模、注射动作为线移型位移传感器控制。床身部分为整体式床身，采用稀油润滑。主要规格和技术参数如下：表2-2 注塑机主要规格和技术参数注射装置合模装置其它部分螺杆直径35合模力T50油泵压力Mpa6.3螺杆长径比15移模行程180电机功率KW11理论容量396拉杆内距190×300电热功率KW3.75注射容量g60顶出杆数PC1机器重量T18注射速率g/s10顶出行程50注射压力Mpa140塑化能力Kg/h25螺杆转速rpm3200以下章节将详细介绍本机各个部分的设计细节。3 注射装置3.1 注射装置简介注射装置在注射成型机的工作过程中，主要实现塑化计量、注射和保压补缩三项功能。因此，在设计此装置时，应能满足下列基本要求：（1）在规定的时间内，提供一定数量的，组分和温度均匀的熔料；（2）根据塑料性能和制品结构情况，应有合适的速度和压力，将一定量的熔料注入模腔。3.2 注射装置的型式目前，在注射成型机上采用的注射装置，从原理上分主要有柱塞式和预塑式两大类。其中以预塑式特别是往复螺杆式使用为最多。现在介绍一下预塑式注射装置的型式及其工作原理。对塑料的塑化和熔料注射分开进行的注射装置，统称预塑式注射装置。该装置在注射前先将已塑化的一定量的熔料存放到料筒前端（又称储料室），然后再由柱塞（或螺杆）将储存的熔料注入模腔。本次设计的注塑机采用往复螺杆式，亦称螺杆一线式，这种型式的主要特点如下：（1）结构上的特点：由于螺杆是同时具有塑化和注射两个功能，所以螺杆不仅要回转塑化，同时还要往复注射。这就需要在螺杆设计以及连接结构上，加以特殊的考虑。（2）塑料是依靠螺杆的剪切热和外加热的共同作用下，塑化成均匀的熔体。但在塑化时，因伴随着螺杆的轴向位移，故熔料温度形成的轴向温差较大，而且难以完全克服。可是，螺杆的塑化情况是可以方便地通过调整螺杆转速和背压得到调整。常用的往复螺杆式一般具有如下优点：（1）塑化能力大。这为发展高速和大型注射成型机提供了可能；（2）塑化速率快、均化好。这为注射成型扩大了加工塑料的范围。目前绝大多数的热塑性塑料（包括热敏性塑料、填充塑料等）都可用来注射成型。除此，还可直接进行染色和粉状塑料的加工；（3）注射时压力损失小，加之塑化时均化作用好。因此，在工艺上可以用较低的塑化温度和注射压力。另外往复螺杆式还具有结构紧凑、熔料停滞分解现象少、清理料筒方便等优点。事物都是一分为二的。往复螺杆式注射装置虽有很多优点，但结构比较复杂。例如要增加螺杆传动系统。由于液压技术的发展，出现了多种型式的低转速大扭矩液压马达，可供直接驱动螺杆使用。这样，使原结构大为简化。图3-1所示，是本次设计采用的布置形式。液压马达放置在注射油缸后面，螺杆、注射油缸、液压马达三者呈一线排列的形式。图3-1 注射装置3.3 注射装置的设计在设计螺杆式注射装置时，一般要考虑下述几个问题：塑化部件的结构；螺杆传动与连接方式；注射和移动油缸的结构和布置；注射座往复运动和结构形式；注射座固定连接方式；螺杆的拆卸等。在这些问题中，塑化部件（料筒和螺杆）和螺杆的传动设计是主要的。因此，螺杆式注射装置的设计，主要是塑化部件和传动部件的设计。3.3.1 螺杆式塑化部件螺杆式塑化部件如图3-2所示，主要由螺杆、机筒（又称料筒）、喷嘴等组成。塑料在转动螺杆的连续推进过程中，实现物理状态的变化，最后呈熔融状态而被注入模腔。因此，塑化部件是完成均匀塑化、定量注射的核心部件2。 图3-2 螺杆式塑化部件 1喷嘴 2机筒 3螺杆 螺杆式塑化部件一般具有如下特点：（1）螺杆具有塑化和注射两种功能；（2）螺杆在塑化时，对制品不发生直接的联系，仅作预塑用；（3）塑料在塑化过程中，所经历的热历程要比挤出长；（4）塑料在塑化和注射时，均要发生轴向位移，同时螺杆又处于时转时停的间歇式工作状态，因此形成了螺杆塑化过程的非稳定性。 螺杆结构如下所述：（1）螺杆型式注射成型机在使用过程中，由于经常需要更换塑料品种，所拆换螺杆也就比较频繁。停机调换螺杆不仅劳动强度大，同时又会影响机器的生产。因此，设计一种适应性比较强的通用性螺杆既必要而且又是可能的。这样不仅使用中免于经常更换螺杆的麻烦，同时也会降低机器的成本。通用型螺杆的分段如图3-3所示。它的结构特点是：压缩段的长度约35个螺距。这样的分段，既考虑到一些非结晶型塑料，经受不了突变螺杆在压缩段高的剪切作用；同时有注意到一些结晶型塑料未经足够的预热是不能软化熔融和难以压缩的特点。图3-3 通用型螺杆（2）螺杆头为了防止注射时熔料回泄的螺杆头，采用止逆螺杆头。它的工作原理：当螺杆旋转塑化时，自螺槽出来的熔料，具有一定的压力，则将止逆环顶升。熔料经设计的通道进入螺杆前端的储料室。注射时，螺杆前移，当螺杆短部的锥台与止逆环右端锥面相遇时，便形成对熔料回泄的密封。并随储料室熔料压力的升高，密封愈加紧密，从而阻止熔料的回泄。一个良好的止逆型螺杆头结构，应该是启闭灵活、注射时熔料回泄量及其在止逆环动作区域内发热量保持在最低程度。因此，需要注意以下几点： （a）止逆环与料筒的配合要适合。过松易造成大的回泄，随之而产生高剪切流动和热解现象。反之，过紧又会影响到止逆动作的效果。其环隙一般取0.10.2毫米为宜，止逆环的宽度大约为止逆环直径的0.60.8 倍； （b）螺杆头处的通流截面要适当。熔料的流通面积小，限流作用大，这会降低螺杆的塑化能力，同时熔料在滑环区也易发热，形成能量积聚，使工艺不易稳定；但是也不能过大，大了会使止逆动作迟缓，降低了止逆效果，从而影响到注出量的精度。止逆环的位移量大约取为螺杆均化段的螺槽深度； （c）启闭灵活。在设计中采用滚动球式的结构，具有启闭灵活、升压快、使用寿命长等热点； （d）止逆环是易于磨损的零件。因它容易更换，故硬度选择要低于料筒。（3）螺杆参数（a）螺杆直径（Ds）和行程（S）往复螺杆式的螺杆直径，应从保证注射量和塑化能力这两个条件来确定。从满足注射量要求，而计算出的螺杆直径，一般也能满足对塑化能力的要求。因此，螺杆直径先由下式计算出后，再校核其塑化能力。 D s= （3-1）式中 V-机器注射量(厘米3) -注射系数，根据加工树脂的类型和螺杆结构而定，取值范围0.750.9 s-注射行程（厘米），s=kDs k-螺杆行程与直径的比值，常取3左右，最大可到5左右，视螺杆性能而定已知机器注射量V=60厘米3，标称螺杆的注射压力=1400kgf/cm2,标称螺杆的塑化能力为25公斤/时（PS）。标称螺杆直径：因标称螺杆常用来加工PS或PE塑料，其形式为止逆结构的螺杆，故取注射系数为=0.8；为适当提高螺杆强度，取k=2.75，代入后即得：D s=3.3=33 （3-2）将其圆整为35mm 螺杆行程：S= kDs=2.75×35=96.25mm (3-3)将其圆整为100mm所以S=100 mm螺杆塑化能力校核：若取标称螺杆的转速n=150r/min；均化段槽深h3=2,螺距S= Ds=35mm（=17°42）；PS塑化温度230时，=0.97克/厘米3；效率=0.9，代入下式得： G= (3-4) =×××150×0.2×0.304×0.953×0.9×0.97 =453g/min =27.49kg/h计算结果表明其塑化能力符合要求。（b）螺杆长径比（L/ Ds ） L是螺杆螺纹部分的有效长度。螺杆长径比大，说明螺纹长度越长，直接影响到物料在螺槽中输送的热历程，影响吸收能量的能力。此能量分为两部分：一部分是料筒外面的加热圈传给的，另一部分是螺杆转动时产生的摩擦热和剪切热，由外部机械能转化。因此，L/直接影响到物料的熔化效果和熔体质量。但是如果L/太大，则传递扭矩加大，能量消耗增加。过去，L/数值在1618；现在，由于塑料品种增加，工程塑料增多，L/已增加到1923。 （c）加料段长度（）加料段又称输送段或进料段。为提高输送能力，螺槽表面一定要光洁。的长度应保证物料有足够的输送能长度，一般=（89）Ds，本次设计加料段长度为：=8Ds =835=280mm（d）加料段的螺槽深度（）深，则容纳物料多，提高了供料量，但会影响物料塑化效果以及螺杆根部的剪切强度。一般（0.120.16） Ds 。本设计取=0.14 Ds =0.1435=4.9mm（e）熔融段螺纹长度（）熔体在段的螺槽中得到进一步的均化；黏度均匀，组分均匀，分子量分布均匀，形成较好的熔体质量。长度有助于稳定熔体在螺槽中的波动，有稳定压力的作用，使物料以均匀的料量从螺杆头部挤出，所以又称计量段。一般=（45）。本设计取=4=435=140mm（f）熔融段螺槽深度（）和螺杆压缩比（）均化段的螺槽深度是螺杆性能的重要参数之一，它是由加工塑料的比热、导热性、稳定性、粘度以及塑化时的压力等因素所定。小，螺槽浅，提高了塑料熔体的塑化效果，有利于熔体的均化。但过小会导致剪切速率过高，以及剪切热过大，引起大分子链的降解，影响熔体质量。反之，如果过大，由于在预塑时，螺杆背压产生的回流作用增强，会降低塑化能力。所以合适的应由压缩比来决定： (3-5)注射螺杆压缩比是指熔融段螺槽深度（）与均化段螺槽深度（）之比。压缩比大，会增强剪切效果，但回减弱塑化能力，压缩比取得小一些有利于提高塑化能力和增加对物料的适应性。通用螺杆可取2.32.6，本设计取=2.4。所以均化段螺槽深度： (3-6)实际压缩比为=0.93×2.4=2.23。通常所说的压缩比大于实际压缩比。 （g）塑化段（压缩段）螺纹长度（）物料在料筒中不断地受到压缩、剪切和混练作用，物料从段入点开始，熔池不断地加大，到出点处熔池已占满全螺槽，物料完成从玻璃态，经过高弹态向黏流态的转变，从固体床向熔体床的转变。长度会影响从固态到黏流态的转化历程，太短会来不及转化，固料堵塞在段的末段，形成很高的压力、扭矩或轴向力、太长也会增加螺杆的扭矩和不必要的能耗，一般=（68）。对于结晶型的塑料，物料熔点明显，熔融范围窄，所以可短些，=（34）。本设计取=3=3×35=105mm。（h）螺距（S）螺距的大小影响螺旋角，从而影响螺槽的输送效率，一般S=35mm。 （i）螺棱宽度（e） 螺棱宽度影响螺槽的容料量、容体的漏流以及螺棱耐磨损程度，一般为（0.050.07）。本设计取e=0.07=0.07×35=2.5mm。（j）螺棱推力圆角（）和背面圆角（）螺棱推力圆角和背面圆角的大小影响螺槽的有效容积、物料的滞留情况以及螺棱根部的强度等，一般=e=2.5mm,=（0.30.5）,本设计取=0.4=0.4×2.5=1mm。（k）螺杆的强度注射螺杆处于比较恶劣的条件下工作，它不仅要承受注射时的高压，同时还要经受熔料的磨蚀作用和预热时的频繁负载启动。注射螺杆的磨损是相当严重的（特别是加工玻璃纤维增强材料），小直径螺杆疲劳断裂破坏也常有发生。这就要求选用耐磨蚀、高强度的材料。目前螺杆所用材料，大都为氮化钢（）或其它合金钢材。为了提高耐磨能力和基体金属的性能，近来也有采用在螺杆表面喷涂碳化钛和对螺杆进行离子氮化处理等技术。螺杆表面硬度6570，氮化层深度可至0.8，螺杆工作表面光洁度不低于。根据螺杆最常见的破坏，是在加料段螺槽根径处发生断裂。则螺杆的强度条件为： （3-7）式中 压缩应力 剪应力 材料许用应力 式中 注射油缸直径（厘米） 螺杆加料段螺纹的根径（厘米） 螺杆扭矩（公斤力厘米） 加料段截面的抗扭模数（厘米3） 螺杆材料的屈服极限（公斤力/） 安全系数，一般取2.53 预塑时油缸背压（公斤力/） 预塑时螺杆的轴向力（公斤力） 加料段螺杆截面（）3.3.2 机筒（料筒）机筒是塑化部件的另一个重要零件。注射成型机的机筒，大多数采用整体式结构。材料用45号钢内表面赌铬，氮化钢（）内表面经氮化处理或用合金钢衬套以及内孔浇铸x合金的双金属料筒。其表面硬度不应低于，光洁度应在以下，在机筒设计时，一般需考虑塑料的加入与输送、加热与冷却、强度等问题3。（1）加料口处的截面注射成型机大多数使用的是自重加料。因此，在设计加料口处的截面形状时，应该尽可能增强对塑料的输送能力。目前在螺杆式塑化部件上普遍应用的加料口形式，有对称和偏置设置的加料口两种。本次设计中采用对称型加料口。图3-4 对称型料口截面形式（2）机筒的加热在注射成型机上获得广泛应用的加热方式，是各种形式的（铸铝加热器、陶瓷加热器、云母加热器）电阻加热。这是因为它具有体积小、制造与维修方便等优点。为使机筒达到符合工艺要求的温度分布，需要对机筒的加热进行分段控制。控制段以35为一段，温控精度一般不超过5，对热敏性塑料最好不大于2。在压缩段处的控制段，应配置较大的加热功率。为了保持良好的加料和输送条件，以及防止机筒热量传递到传动部分，所以在加料口处设置冷却套（槽）却是必须的。机筒的加热功率，除了要考虑满足塑料塑化时所需的热量外，还要保证有足够快的升温速度机器加热升温时间，对小型机器不超过半小时，大、中型机器约为1小时左右。否则，过长的升温时间，将会影响到机器的生产率。根据对升温时间的要求，加热功率计算方法主要有如下几种：（a）按被加热体升温时间计算如加热升温时间定为一小时，所需加热功率即可按下式计算 （3-8）式中 加热功率（千瓦） C被加热件的材料比热（千卡/公斤） G被加热体的重量（公斤） 、升温前和升温后的温度（） 效率，一般取为0.5如升温时间为半小时，则应将上式计算结果加大一倍。（b）按机筒表面积配置加热功率 = （3-9）式中 加热功率（瓦） 螺杆的螺纹长度（厘米） 机筒内径（厘米） 机筒外径（厘米） 单位表面积上所配置的加热功率，考虑到加热器的使用寿命，可取2.53瓦/，最大不超过4瓦/（3）机筒的壁厚影响机筒壁厚的因素是多方面的，除满足强度要求外，还要充分注意到本身结构及其对成型工艺条件所带来的影响。例如，过薄的机筒虽然温升快、重量轻，但因热容量小，故难于取得稳定的温度条件。反之，厚的机筒不仅结构笨重，升温慢，而且还会因热惯性大，导致温度在调节过程中，产生比较严重的滞后现象。因此，为了使机筒具有足够的热容量和合适的热惯性，根据经验一般取机筒外径（）和内径（）之比（K）为22.5。表3-1 部分机筒的K值螺杆直径（毫米）3442506585110130150机筒壁厚（毫米）25293547.547757560比 值（K）2.472.402.402.482.102.362.151.80在初步确定机筒直径（）后，可根据机筒受力情况，按厚壁筒计算中的能量理论，校核其强度或计算壁厚机筒的总应力 机筒壁厚 式中 注射压力（公斤力/） 材料许用应力， 材料在工作温度下的屈服极限（公斤力/） 安全系数，一般取2.53我们在这里计算机筒壁厚，螺杆直径=35（即=35），注射压力p=1400公斤力/，机筒材料（在300条件下工作，=5750公斤力/）机筒外径（取K=2.47）=2.47×35= 86.45将其圆整为90mm 机筒壁厚=27.5mm机筒总应力 =公斤力/材料许用应力 =公斤力/因，故安全。（4）机筒与螺杆的配合间隙机筒与螺杆的间隙值时是设计的重要数据，间隙大了，将会使塑化能力下降和注射时熔料回泄量增加，反之，小了又会增加制造方面的困难和螺杆的功率消耗。根据实际使用情况，间隙值一般为0.0020.005。3.3.3 螺杆的传动装置（1）螺杆传动装置的特点螺杆传动装置是供给螺杆在预塑时所需要的动力和速度的工作部件。注射机螺杆传动装置一般具有如下特点：（a）螺杆预塑是间歇式进行工作的，因此，启动频繁并带有负载；（b）螺杆在转动时，出料仅供注射用，对制品无直接联系。而塑料的塑化状况，可以通过调整背压等途径进行调节。因此，对螺杆的转速要求并不十分严格；（c）传动装置一般设置在注射座架上，工作时并随之往复运动。因此，传动装置要力求简单紧凑。（2）螺杆的传动形式目前在注射机螺杆上，愈来愈多地采用液压马达传动。其传动特性软、启动惯性小、不会超负荷工作，对螺杆能起到安全保护作用等。还有其体积比同规格的电动机小得多，传动装置容易实现体积小、重量轻、结构简单的要求（特别是对低速高扭矩直接驱动螺杆的方式）。从动力源的利用来说，由于目前绝大多数注射机的传动采用液压传动，当螺杆预塑时，机器正处在冷却定型阶段，此时油泵处于卸载状态。如用液压马达传动，可方便地得到和合理地使用动力源。液压马达能够在比较大的范围内，并且在螺杆转动过程中实现螺杆转速的无级调节。这点在控制熔料温度的调节系统中和要求精确计量而须对螺杆转速进行程序化设计时是不可缺少的。本次设计采用一线式单缸驱动，螺杆直接由低速高扭矩液压马达驱动，油缸活塞和螺杆同轴转动。马达输出接一花键轴，再通过传动轴将动力传送给螺杆4。如下图3-5所示：图3-5 螺杆传动装置（3）螺杆转速和调速范围螺杆的塑化能力与螺杆的转速成正比。在一般情况下螺杆的塑化能力随螺杆转速的增加而增加。但在较高转速条件下，其塑化能力的增加也非正比增加，有时却相反。这是由于螺杆加料处的摩擦条件在改变，甚至发生加料加不进的现象。此外，螺杆转速又关系到螺杆对塑料的剪切速率和熔料的轴向温差，故对热敏性塑料（PVC等）螺杆转速要低，而对热稳定性好、粘度低的塑料（PS、PE等）需要较高的转速。因此，对螺杆转速的确定，主要根据塑化能力、剪切均化等方面的要求来定。根据目前使用情况，对于热敏性（或高粘度）的塑料，螺杆线速度一般在1520米/分以下。在此我们选=20米/分。在确定螺杆线速度后，可由下式计算出螺杆的转速 （3-10）式中 n螺杆最高转速（转/分） V允许螺杆的最大线速度（米/分） 螺杆直径（米） 转/分为了在塑化时对不同的剪切作用和平衡注射循环周期中预塑工序的时间，而需要对螺杆转速进行调节。螺杆的调速范围有机器用途决定。（4）螺杆传动特性及驱动功率的计算（a）螺杆传动特性螺杆传动系统的设计，除了转速应能满足使用要求外，另一个重要方面，是它的外特性应该满足负载特性的要求。对液压马达传动系统，一般根据负载最大扭矩来设计。因此，不会出现在高速时产生功率或扭矩不够的现象。因为塑化时的负载均包括在传动系统的外特性之中。（b）螺杆驱动功率计算目前注射螺杆常用的计算方法有比能法和经验计算发两种。这里我们采用比能计算法。螺杆在塑化时所需要做的功，主要用在提高塑料温度即热能上，其次是输送物料所要作的功。如从能量之间的守恒关系，它们之间应符合 （3-11）式中 外加热功率 螺杆驱动功率 螺杆塑化能力 塑料平均比热 、塑料塑化前与塑化后的温度 塑化时压力增加值 H能量损失因注射螺杆塑化时的压力较低，式中因输送物料而需提高压力所做的功（），相对其它项要小得多。随着压力的增加，熔料焓的增加比较小。如把1公斤的熔料提高一个大气压力，耗能仅约为0.097瓦。如将机筒加热所提供的热量和输送物料所需的能量，合并于能量损失项H中考虑，并设定能量损失为30%，则将上式可简化成螺杆驱动功率的近似表达式 （3-12）式中 螺杆驱动功率（千瓦） 塑料平均比热（千卡/公斤） A单位换算系数，A=860千卡/千瓦小时 能量损失系数， G螺杆塑化能力（公斤/时） 塑化前塑料温度（） 塑化后塑料温度（） 塑化前的塑料热焓（千瓦时/公斤） 塑化后的塑料热焓（千瓦时/公斤）如塑料起始温度定为=20，则可将式（3-8）表示成 （3-13）式中 比能，即塑料起始温度为20，塑化1公斤塑料所需的能量（千瓦时/公斤） G螺杆塑化能力（公斤/时） 能量损失系数计算螺杆驱动功率：螺杆直径=35，其塑化能力G=25公斤/时，加工塑料：PS，塑料加工前温度=20，塑料加工后温度=200，根据加工温度（20200）和加工塑料为PS，查表得比能=0.09千瓦时/公斤，并取=0.7代入下式得 =3.85千瓦 3.3.4 喷嘴的设计塑化后的熔融塑料，在螺杆的压力作用下，以相当高的剪切速度流经喷嘴而进入模腔。当熔料高